隧道软弱围岩大变形段注浆加固施工技术

2017-04-12殷月欣

设备管理与维修 2017年3期

关键词：锤头浆液套管

殷月欣

（中铁十八局集团第二工程有限公司，河北唐山063611）

隧道软弱围岩大变形段注浆加固施工技术

殷月欣

（中铁十八局集团第二工程有限公司，河北唐山063611）

以实际工程为例，根据工程地质情况，采用注浆加固的方法对隧道软弱围岩进行加固，取得良好的加固效果，解决了岩体坍塌的问题。

隧道软弱围岩；大变形段；注浆加固

1 工程概况

大前石岭隧道进口岩堆体植被茂密，少部分裸露岩堆为石英砂岩，石块直径0.3～1.2 m，呈块石状，裸露表布青苔，松散，脚踩晃动。植被上部覆盖有碎石土、角砾土、块石土，缝隙之间使用粘土进行填充、对现场进行调查以后证明，岩体的孔隙度比较大、结构松散，厚度达到了26.3～48.3 m，植被发育区域土质无粘结，下部地层属于弱风化石英砂岩。根据本工程的具体情况，在进行开挖施工之前需要对围岩大变形段进行注浆加固施工。

2 工程特点难点

（1）本隧道的Ⅵ级围岩是该工程的高风险地段，洞口岩堆自稳时间短，对爆破等动载作用敏感，极易失稳，造成隧道塌方或落石伤人。对隧道施工造成相当大的难度。

（2）进出口段山坡陡峭，出入口均有大雅河穿过，出洞口与河床高差达44 m，进洞口与河床高差达39 m，施工便道困难。

（3）隧道内作业空间小，工期要求紧，质量要求高，地质情况差、安全隐患多，环保要求严，施工干扰大。

3 围岩大变形段注浆加固方案

（1）地表注浆试验设计。地表注浆试验布置。试验段共设计注浆孔130个，注浆加固范围为拱顶以上7 m，仰拱底一下5 m，注浆扩散半径100 cm，同一排注浆孔向间距2 m，排与排之间注浆孔间距为1 m，梅花型布置，如图1所示。

图1 孔位平面示意图

（2）注浆试验技术参数。根据现场地质条件、以往工程经验和本工程特点，本试验段外围注浆孔和内部注浆孔底部3 m范围内采用普通水泥-水玻璃双液浆，形成注浆帷幕；内部注浆部位试验采用普通水泥和硫铝酸盐水泥单液浆[1]。水泥-水玻璃双液浆配合比为：普通水泥单液浆水灰比0.8～1∶1，水泥浆与水玻璃体积比为1∶1；设计注浆压力为0.8～1.2 MPa，综合对施工现场的试验结果确定相应的施工参数。试验后设定参数，扩散半径1 m，注浆终压0.8～1.2 MPa，注浆速度10～100 L/min，浆液配比（水∶灰）0.8～1∶1，套壳料配比（水∶灰∶土）1.61∶1，水泥-水玻璃双液浆体积比1∶1，袖阀管注浆分段长度0.5～1 m。根据工程地质特性，岩堆体地层空隙率＞40%，浆液有效注入率应＞90%，浆液损耗率可能会＞2%，注浆试验确定实际浆液有效注入率和损耗率，在试验过程中应着手解决浆液损耗率，提高浆液的有效利用率。

4 隧道软弱围岩大变形段注浆加固施工技术

4.1 钻孔工艺流程及施工方法

根据工程地质情况及设计要求钻孔选取直径127 mm偏心潜孔锤拖管钻进工法，潜孔锤套管跟进工法是在砂卵石地层钻孔施工的一种工艺，因为在该地层条件下，石质坚硬，砂石松散，采用普通潜孔锤钻进不能成孔，注浆管无法下入到地层内。因此采用拖管跟进工艺进行施工，在施工的谷草中，首先将气动冲击器安装到套管内，然后将钻机和冲击器后部钻杆连接到一起，使用偏心钻锤头进行施工，将外锤头安装到管最前部，并利用丝扣连接好。将内锤头和外锤头相互连接到冲击器上，使用气动冲击器偏心锤头对砂石进行破碎，并将套管带入。终孔后退出偏心锤头、冲击器及钻杆，下入袖阀管，然后利用钻机或拔管机将套管拔出，使注浆钢管留在地层内[2]。该工艺的缺点是操作复杂，施工进度较慢，对钻机机长等工人的业务水平要求较高。钻机在钻孔前用角度尺复核钻机仰角，确保钻进角度符合设计要求，钻到设计深度后，下入袖阀管并将套管拔出。

4.2 注浆方案工艺流程及施工方法

在对施工方案进行对比后，本工程在对岩堆体加固时采取安全性和可靠性比较高的袖阀管注浆工艺进行施工。注浆作业分分层、分次开展，因为地下工程施工过程中，颗粒粒径、地质条件、透水性地层之间互相层叠，砂浆在各类地层中的可住注入性也有所不同，注浆后产生的结果也有所差异，在注浆过程中，可以根据地层情况，对注浆终压、浆液配比等进行调整，并对地层中存在的空隙进行填补，以保证注浆效果达到要求。施工后对经检查不能满足设计要求的进行补注浆，确保施工质量。注浆工艺具有5个特点。

（1）施工过程中，可以根据注浆工程的具体要求，将注浆范围和注浆位置确定出来。

（2）施工过程中容易产生薄弱区以及注浆盲区，适合进行高风险注浆施工。通过止浆塞停留的时间可以实现空隙的地层多注，密实的地层少注。

（3）注浆位置可根据实际情况上下调整、灵活变动，通过止浆塞的移动就能轻易实现。

（4）在同一个注浆点，可以根据工程具体情况使用不同的浆液配比和注浆材料开展注浆作业。

（5）注浆完成后，要结合地层的具体情况，再次将浆液注入，提高注浆的施工质量。

4.3 止浆施工工艺

袖阀管施作完成后，下入水囊式止浆塞，向注浆管周边孔内投入套壳料，使用膨润土和水泥混合液作为套颗料，设计配合比，水泥∶膨润土∶水=1∶1∶1.5。当套颗料填至孔口1 m高的位置时，改为向孔壁内灌注水泥浆，可以在水泥浆中加入适量的速凝剂，并封堵住注浆管上部1 m范围内的孔口，避免出现冒浆。当套壳料和孔口水泥强度值达到一定要求后才可以进行注浆作业，通过下入注浆芯管和止浆塞实现后退式分层注浆。注浆达到标准后，停止注浆，然后开展下一阶段的注浆作业。另外，注浆完成后阀套有收缩的情况，会将套管抱紧，可以避免浆液向刚性袖阀管中导流，需要再次注浆作业时，可以在套管中合适的位置将注浆塞重新下入后进行注浆。

4.4 注浆顺序

注浆机械采用KBY70/16液压式双液浆注浆机，将止浆塞和注浆芯管连接起来。注浆过程中采用后退分段注浆的方法进行施工。注浆速度保持在10～100 L/min，注浆孔间隔距离50～100 cm，设计注浆压力0.8～1.2 MPa。为保证注浆效果可以达到要求，要对注浆工序进行科学安排，采用跳孔注浆的方法进行施工，首先进行外围注浆孔的施工，然后做内部注浆孔，先注入水泥-水玻璃浆液，再注入普通硅酸盐（硫铝酸盐）水泥单液浆，使整个加固范围内浆液扩散更加均匀有效。注浆过程中将注浆量和注浆压力控制好，如果出现每步注浆量可以达到设计要求，而注浆压力无法达到设计值的情况，可以适当缩短注浆胶凝时间或采用间隙注浆的方式进行施工[3]。当地层注入率比较高时，为保证注浆效果，可以将浆量增加到设计值的2倍。